CN107015368A - 一种近眼双目显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种近眼双目显示装置，其特征在于：包括微显示器(1)、准直透镜(2)、波导(4)、输入端全息光栅(3)、左输出端全息光栅(5)和输出端全息光栅(6)；所述微显示器(1)位于波导(4)的下表面的下方，所述输入端全息光栅(3)位于波导(4)内部或表面，左输出端全息光栅(5)和输出端全息光栅(6)位于波导(4)的内部或表面；准直透镜(2)位于微显示器(1)和波导(4)之间或位于波导(4)下表面。该全息光栅波导结构能够将微显示器件投射出的原始光束均匀分成两束光束，分别通过两片输出端全息光栅衍射进入左右眼，从而实现双目显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种头戴式显示器件，该器件利用波导系统传递图像于佩戴者眼前，实现增强现实的应用。
背景技术
目前市面上近眼显示装置(GOOGLE GLASS等)为单输入单输出结构，大多只能实现单目显示，而可实现双目的近眼显示装置(SONY SED-E1、HOLOLENS等)则为双输入双输出结构，需要两套微显示器件分别提供左右双目的图像，该方案制作成本高，且大大增加了近眼显示装置的重量。因此，如何解决单个微显示器件实现近眼双目显示成为要解决的技术问题。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题就是如何提供一种高效率以及单输入双输出的近眼双目显示装置，同时避免传统装置存在的成本高、重量大、结构复杂的缺点。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种近眼双目显示装置，包括微显示器、准直透镜、波导、输入端全息光栅、左输出端全息光栅和输出端全息光栅；
所述微显示器位于波导的下表面的下方，所述输入端全息光栅位于波导内部或表面，左输出端全息光栅和输出端全息光栅位于波导的内部或表面；
准直透镜位于微显示器和波导之间或位于波导下表面；
所述微显示器用于输出二维基元图像，所述二维基元图像通过输入端全息光栅反射型全息光栅进入波导中；在波导中经全反射到达左输出端全息光栅和输出端全息光栅，其中一部分光经输出端全息光栅耦合输出进入观察者右眼；另一部分光返回输入端全息光栅发生布拉格衍射进入波导，向相反的方向全反射传播；光束进入位于左输出端全息光栅，最终被衍射进入观察者左眼。
优选的，准直透镜起到将微显示器各像素点的发散光变为平行光的作用；输入端全息光栅将入射平行光耦合进波导，且具有将入射光等分为两束光束的功能，输出端全息光栅具有将两束光束分别耦合进左右眼的功能，左输出端全息光栅和输出端全息光栅对称放置，实现消除系统色差的效果。
优选的，所述输入输出端全息光栅包括表面浮雕光栅和体全息光栅。
优选的，所述微显示器放置于准直透镜的焦距处。
优选的，所述输入端全息光栅位于波导内部或表面，正对微显示器。
优选的，所述输入端全息光栅为反射型全息光栅或透射型全息光栅。
优选的，准直透镜包括双胶合透镜，可调焦距的透镜组合。
优选的，所述波导为平板波导。
优选的，所述波导厚度为1mm-5mm,波导材料为透明的光学玻璃或者光学有机聚合物材料。
优选的，输入端全息光栅、左输出端全息光栅和输出端全息光栅厚度分别为1um-50um，材料为卤化银、重铬酸盐明胶、光致聚合物、光折变晶体中的任一种，光学透过率大于50％，化学和热稳定性良好。
有益效果：本发明的近眼双目显示装置，通过引入一种特殊的全息光栅波导结构解决技术背景中所述的成本高、重量大、结构复杂等缺点，实现一体化近眼双目显示；同时引入波导这一光学元件，实现大出瞳近眼双目显示。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1为本发明的近眼双目显示装置结构示意图；
图2为实施例1提供的方案对应的结构示意图；
图3为实施例2提供的方案对应的结构示意图；
图4为实施例3提供的方案对应的结构示意图；
图中有：微显示器1、准直透镜2、输入端全息光栅3、波导4、左输出端全息光栅5、输出端全息光栅6、全息光栅7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，如“向前”、“向后”、“前”、“后”、“侧面”等指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供一种近眼双目显示装置，包括微显示器1、准直透镜2、波导4、输入端全息光栅3、左输出端全息光栅5和输出端全息光栅6；
所述微显示器1位于波导4的下表面的下方，所述输入端全息光栅3位于波导4内部或表面，左输出端全息光栅5和输出端全息光栅6位于波导4的内部或表面；准直透镜2位于微显示器1和波导4之间或位于波导4下表面；
所述微显示器1用于输出二维基元图像，所述二维基元图像通过输入端全息光栅3反射型全息光栅进入波导4中；在波导4中经全反射到达左输出端全息光栅5和输出端全息光栅6，其中一部分光经输出端全息光栅6耦合输出进入观察者右眼；另一部分光返回输入端全息光栅3发生布拉格衍射进入波导，向相反的方向全反射传播；光束进入位于左输出端全息光栅5，最终被衍射进入观察者左眼。
准直透镜2起到将微显示器1各像素点的发散光变为平行光的作用；输入端全息光栅3将入射平行光耦合进波导4，且具有将入射光等分为两束光束的功能，输出端全息光栅3具有将两束光束分别耦合进左右眼的功能，左输出端全息光栅5和输出端全息光栅6对称放置，实现消除系统色差的效果。
所述输入输出端全息光栅3包括表面浮雕光栅和体全息光栅。
所述微显示器1放置于准直透镜2的焦距处。
所述输入端全息光栅3位于波导4内部或表面，正对微显示器1。
所述输入端全息光栅3为反射型全息光栅或透射型全息光栅。
所述准直透镜2包括双胶合透镜，可调焦距的透镜组合。
所述波导4为平板波导。
所述波导4厚度为1mm-5mm,波导材料为透明的光学玻璃或者光学有机聚合物材料。
输入端全息光栅3、左输出端全息光栅5和输出端全息光栅6厚度分别为1um-50um，材料为卤化银、重铬酸盐明胶、光致聚合物、光折变晶体中的任一种，光学透过率大于50％，化学和热稳定性良好。
实施例1中，如图2所示，所述微显示器1用于发射包含二维图像信息的光束，所述光束具有一定的发散角，经过双胶合透镜2准直后变为平行光束，所述平行光束进入位于波导4内部的输入端反射型全息光栅3，被耦合进入波导4发生全反射，到达输出端反射型全息光栅5，一部分光发生布拉格衍射被耦合进入观察者右眼；另一部分光被衍射返回输入端反射型全息光栅3发生第二次布拉格衍射，所述光束在波导4中向左全反射传播，最终到达位于波导4上表面的输出端全息光栅6，所述输出端全息光栅6将光束衍射进入观察者左眼。
实施例2中，如图3所示，所述微显示器1用于发射包含二维图像信息的光束，所述光束具有一定的发散角，经准直透镜组2准直后变为平行光束，所述平行光束进入位于波导4内部的输入端反射型全息光栅3，一部分光被耦合进入波导4发生两次全反射，到达位于波导4下表面的输出端全息光栅6发生布拉格衍射，所述全息光栅7将光束耦合进入观察者右眼；另一部分光在波导4中发生一次全反射,到达位于波导上表面的输入端反射型全息光栅5，被衍射返回输入端反射型全息光栅3发生第二次布拉格衍射，所述光束在波导4中向左全反射传播，最终到达位于波导4下表面的输出端全息光栅6，所述输出端全息光栅6将光束衍射进入观察者左眼。
实施例3中，如图4所示，所述输入端全息光栅3为透射型全息光栅，位于波导4输入端的下表面，所述输入端全息光栅5为反射型全息光栅，位于波导4输入端的内部。所述输出端全息光栅6和全息光栅7皆为透射型全息光栅，位于波导4的输出端下表面。
实施例3中的工作原理同实施例1和实施例2中是一样的，因此不再赘述。
上述实施例的近眼双目显示装置具有单输入双输出的效果。
上述实施例中，全息光栅采用反射型或透射型不固定，需结合微显示器1、全息光栅在波导中的位置确定。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种近眼双目显示装置，其特征在于：包括微显示器(1)、准直透镜(2)、波导(4)、输入端全息光栅(3)、左输出端全息光栅(5)和输出端全息光栅(6)；
所述微显示器(1)位于波导(4)的下表面的下方，所述输入端全息光栅(3)位于波导(4)内部或表面，左输出端全息光栅(5)和输出端全息光栅(6)位于波导(4)的内部或表面；
准直透镜(2)位于微显示器(1)和波导(4)之间或位于波导(4)下表面；
所述微显示器(1)用于输出二维基元图像，所述二维基元图像通过输入端全息光栅(3)反射型全息光栅进入波导(4)中；在波导(4)中经全反射到达左输出端全息光栅(5)和输出端全息光栅(6)，其中一部分光经输出端全息光栅(6)耦合输出进入观察者右眼；另一部分光返回输入端全息光栅(3)发生布拉格衍射进入波导，向相反的方向全反射传播；光束进入位于左输出端全息光栅(5)，最终被衍射进入观察者左眼。
2.根据权利要求1所述的近眼双目显示装置，其特征在于：准直透镜(2)起到将微显示器(1)各像素点的发散光变为平行光的作用；输入端全息光栅(3)将入射平行光耦合进波导(4)，且具有将入射光等分为两束光束的功能，输出端全息光栅(3)具有将两束光束分别耦合进左右眼的功能，左输出端全息光栅(5)和输出端全息光栅(6)对称放置，实现消除系统色差的效果。
3.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：所述输入输出端全息光栅(3)包括表面浮雕光栅和体全息光栅。
4.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：所述微显示器(1)放置于准直透镜(2)的焦距处。
5.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：所述输入端全息光栅(3)位于波导(4)内部或表面，正对微显示器(1)。
6.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：所述输入端全息光栅(3)为反射型全息光栅或透射型全息光栅。
7.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：所述准直透镜(2)包括双胶合透镜，可调焦距的透镜组合。
8.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：所述波导(4)为平板波导。
9.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：所述波导(4)厚度为1mm-5mm,波导材料为透明的光学玻璃或者光学有机聚合物材料。
10.根据权利要求2所述的近眼双目显示装置，其特征在于：输入端全息光栅(3)、左输出端全息光栅(5)和输出端全息光栅(6)厚度分别为1um-50um，材料为卤化银、重铬酸盐明胶、光致聚合物、光折变晶体中的任一种，光学透过率大于50％，化学和热稳定性良好。
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